Phytosensor-Technologie
CO2-Mikrosensor - mehr Info Seite drucken  Seite drucken

Zwischen der Luft an der Blattoberfläche und der Luft in der Atemhöhle hinter den Stomata existiert auf eine Distanz von wenigen Mikrometern ein bemerkenswerter CO2-Konzentrationsgradient, der bislang anhand von Gaswechselmessungen berechnet wurde. Offene Stomata können eine Querschnittsfläche in der Größenordnung von 100 µm2 erreichen und erlauben somit das Einführen von Mikrosonden zur direkten Messung der CO2-Konzentration in der Atemhöhle.

Gegenüber der bisherigen Technologie zur Messung der CO2-Konzentration im Blatt (ci) gestatten Mikrosonden auch verlässliche ci-Messungen bei hoher relativer Luftfeuchte in der Umgebungsluft. Im Unterschied zu herkömmlichen ci-Analyseverfahren erlaubt die CO2-Mikrosonde die Ermittlung des ci an einer definierten Stelle des Blattes hinter einer individuellen Spaltöffnung.

Dies macht CO2-Mikrosonden interessant für Forschungsvorhaben, bei denen die Photosyntheseaktivität einzelner Blattareale (z.B. in der Nähe von Leitbündeln) im Blickpunkt steht. Im Bereich der Phytopathologie besteht die Möglichkeit zur Feststellung des Gaswechsels am mikroskopisch kleinen Infektionsort.

Technische Voraussetzungen sind ein schwingungsfrei gelagerter, elektrisch abgeschirmter Messplatz und Sonden-Positioniersysteme mit Schrittweiten unter 1 µm (beides kommerziell erhältlich). Die Detektionsgrenze der Mikrosonde liegt bei 30 µl l-1, die Auflösung bei 20 µl l-1. Die Response-Zeit (t90) beträgt 10 s.Bislang wurde die Sonde in der Stomata-Physiologie zur Untersuchung des CO2-Einflusses auf den Ionentransport von Schließzellen verwendet (Hanstein und Felle, 2002; Roelfsema et al., 2002).

Die Beobachtung des Ionentransports durch die Plasma-Membran der Schließzellen erfolgte mithilfe einer ionensensitiven Mikroelektrode. Das Arrangement von CO2-Mikrosonde in Kombination mit ionensensitiver Mikrosonde gestattet einen einheitlichen Messaufbau für die Erfassung von Input (CO2) und Output (Ionentransport) der turgorgetriebenen Schließzell-Regulation.

Für derartige Messungen wurde eine auf Mikrosonden abgestimmte Miniküvette zur Kontrolle der CO2-Konzentration an der Blattoberfläche konstruiert. Die Durchfluss-Küvette lässt sich bei Blättern unterschiedlicher Größe verwenden und kommt mit einer geringen Gaszufuhr aus.

Die Gaszusammensetzung an der Blattoberfläche kann innerhalb weniger Sekunden geändert werden. Dies ermöglicht einen Messaufbau zur rückgekoppelten Stabilisierung der CO2-Konzentration in der Atemhöhle bei schnellen Photosynthese- und Atmungsänderungen ("CO2-clamp"), beispielsweise bei Änderungen der Lichtzufuhr. Auf diese Weise lassen sich bei der gezielten Untersuchung einzelner Effektoren der Stomata-Regulation sekundäre CO2-Effekte herausfiltern.

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